Bauteile und Steckverbinder für das Anschlussraster 2,54 mm sind heute die am meisten verwendeten Bauelemente. Doch die kleineren Raster (2 und
1,27 mm) sind ihnen dicht auf den Fersen. Denn die immer kleiner werdenden Elektronikbaugruppen im Sondermaschinen-, Steuerungs- und Maschinenbau verlangen auch bei den Steckverbindungen nach kleineren Bauformen.
Das Raster 2 mm ist als metrisches Raster um etwa 20 Prozent kleiner, während das Raster 1,27 mm als zölliges Raster schon um 50 Prozent kleiner ist. Gerade im Bereich der Datenübertragung, mit einer meist geringen Strombelastungen im niedrigen Ampere-Bereich, sind diese kleineren Raster gut geeignet. Bei dem Raster 2 mm ist eine Nennstrombelastung bis circa 3 A noch realisierbar, während bei dem Raster 1,27 mm dieser Wert bei circa 1,5 A die obere Grenze erreicht. Eine wichtige Voraussetzung für eine solche Miniaturisierung sind entsprechend geeignete Kunststoffe für die Isolierkörper dieser Steckverbinder. Die damit einhergehenden geringen Wandstärken lassen sich mit den bisher verwendeten Kunststoffen nicht mehr fertigen.
Die gängigen Lötverfahren bereiten keine Probleme
Für die kleinen Raster unterscheiden sich die Lötverfahren nicht von denen der Standardraster. Für beide gängigen Lötverfahren, das Wellenlöt- und das SMT-Lötverfahren, gibt es entsprechende Steckverbinder-Ausführungen. Hierfür eignen sich neben den mittlerweile üblichen hochtemperaturbeständigen Kunststoffen besonders auch die LCP-Kunststoffe sehr gut. Sie sind im Löttemperaturbereich oberhalb von 280 °C angesiedelt und erzielen darüber hinaus auch eine hohe Dauergebrauchstemperatur mit bis zu 160 °C. Durch das SMT-Lötverfahren sind die Anforderungen an die Steckverbinder deutlich gestiegen. Während beim Wellenlötverfahren die Steckverbinder kaum einer höheren thermischen Belastung als der üblichen maximalen Dauertemperaturbelastung (circa 125 °C) ausgesetzt sind, müssen die Steckverbinder bei der SMT-Löttechnik Temperaturen von etwa 260 °C während des Lötens standhalten. Dies setzt voraus, dass die Isolierkörper aus entsprechend temperaturbeständigem Kunststoff gefertigt sind.
Für kleinere Hersteller von Steckverbinder mit geringerem Umsatzvolumen lohnt es sich kaum, bei gleichen Bauformen der Isolierkörper unterschiedliche Kunststoffe für das SMT- und das Wellenlötverfahren zu verwenden. Neben der möglichen Gefahr des Vertauschens, sofern keine eindeutig erkennbaren Unterscheidungen vorhanden sind, ist auch die doppelte Lagerhaltung ein nicht zu vernachlässigendes Thema. Daher bietet es sich an, generell den hochtemperaturbeständigen Kunststoff für alle identischen Bauformen zu verwenden –
unabhängig vom Lötverfahren.
Für geringe Wandstärken sollte man geeignete Kunststoffe wählen
Damit das Kontaktraster kleiner werden kann, sind kleinere Kontakte bei den Isolierkörpern und dünnere Wandstärken nötig, die zum Teil nur einige Zehntel Millimeter dick sind. Prädestiniert sind hierfür technische Kunststoffe, wie die LCP-Gruppe (flüssigkristalline Polymere). Hierfür bedarf es jedoch geeigneter Formwerkzeuge, die auf diesen dünnflüssigen Kunststoff sehr gut abgestimmt und hochpräzise gefertigt sein müssen. Dann lassen sich kleinste Wandstärken zuverlässig, auch bei einem sehr langen Fließweg, füllen.
Dies wird durch den molekularen Aufbau, mit starren, stabförmigen Makromolekülen, die sich in der Schmelze parallel ausrichten, erreicht. Bei einem Zusatz von Füllstoffen, wie Fasern- oder Mineralfüllungen, wird ein hoch formbeständiger Kunststoff erzeugt. Damit kann man hochfeine Strukturen, wie sie bei vielen Steckverbinderleisten vorliegen, sicher füllen und produzieren. Auch eine gute Wärmeformbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften werden damit erzielt.
Automatische Bestückung braucht die passende Verpackung
Produkt- und verarbeitungsabhängige Verpackungen gewinnen immer mehr an Bedeutung. Gerade in den Industrieländern ist manuelles Handling ein Auslaufmodell. Die bis vor einigen Jahren noch üblichen Stangenmagazine werden mittlerweile von Bestückungsautomaten nur noch bei entsprechender Sonderausstattung verarbeitet. Gefragt sind hier vorwiegend Lösungen in Tape&Reel-Verpackungen. Vorteile für die Lohnbestücker: Die Gurte haben ein deutlich höheres Stückzahlvolumen pro Gurt gegenüber einem Stangenmagazin. Das wirkt sich auch direkt auf die Produktivität eines Bestückungsautomaten und den notwendigen Personalbedarf für solche Automaten aus. Auch für Steckverbinder, die für die Wellenlöttechnik ausgeführt sind, werden mittlerweile automatenbestückbare Verpackungen verstärkt angefragt. Im Speziellen ist auch hier die Tape&Reel-Verpackung gewünscht.
Neben der rationellen Verarbeitung liegt ein weiterer Vorteil einer automatengerechten Verpackung darin, dass sich die Qualität verbessert. Gerade mit zunehmender Miniaturisierung werden die Kontakte und die Anschlüsse kleiner und empfindlicher gegen Verbiegung und Beschädigung. Während es bei der Verwendung einer sehr einfachen Verpackung, zum Beispiel einer Kartonverpackung, immer wieder Reklamationen wegen einer Beschädigung der Steckverbinder an Kontakt- und Lötanschlüssen gibt, kommt dies bei einer Verpackung wie Tape&Reel nahezu nie vor. Woraus nicht zuletzt eine positive Lieferantenbewertung resultiert.
Wichtig bei kleinerem Raster: elektrische Anforderungen beachten
Die elektrischen Kenndaten sind wichtige Merkmale bei der Auswahl von Steckverbindungen. Die gängigen Typen mit einem Kontaktabstandsmaß-Raster von 2,54 mm liegen in der Regel bei einem Nennstromwert von 3 A. Höhere Belastungswünsche kann man durch Zusammenfassung von zwei oder mehreren Kontakten erzielen. Hierdurch kann der Anwender im Standardleistenbereich bleiben und muss nicht extra eine spezifische Steckverbindung entwickeln lassen.
Die Strombelastbarkeit reduziert sich zum Teil bei kleineren Rastern. Dies ist in den geringeren Kontaktquerschnitten und den kleineren Kontaktabständen begründet. Variationsmöglichkeiten ergeben sich auch durch den Einsatz unterschiedlicher Kontaktwerkstoffe. Während der elektrische Leitwert von Zinn/Bronze (CuSn) bei circa 9 S/m liegt, kommt man bei Messing (CuZn) auf circa 15 S/m.
Auch die mechanische Beanspruchung sollte man nicht unterschätzen. So sind Kupfer/Zinn-Legierungen (Bronze) durch ihre guten Federeigenschaften wesentlich stabiler gegenüber Biegebeanspruchungen als Kupfer/Zink-Legierungen (Messing). In den meisten Fällen reichen diese Möglichkeiten der elektrischen Belastbarkeit für den Massenmarkt der Leiterplattensteckverbinder vollkommen aus.
Darüber hinaus haben sich gerade für elektrisch und mechanisch hoch beanspruchte Kontaktteile Werkstoffe aus Kupfer/Beryllium-Legierungen (CuBe) mit bis zu maximal 2 Prozent Beryllium etabliert. Hier sind neben Varianten in walzhartem Zustand auch aushärtbare Typen verfügbar. Die aushärtbaren Varianten eignen sich besonders für stark geformte Federelemente.
